FI74806B

FI74806B - ANORDNING FOER VAERMEVAEXLING.

Info

Publication number: FI74806B
Application number: FI823977A
Authority: FI
Inventors: Gert Aoke Aokerman
Original assignee: Wirsbo Bruks Ab
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1987-11-30
Also published as: SE8101808L; SE445138B; JPS58500378A; FI74806C; DK151357B; EP0074384B1; DE3262274D1; EP0074384A1; DK516682A; DK151357C; FI823977A0; FI823977L; WO1982003270A1

Description

Lämmönvaihto laite 7 4 8 0 6 Tämä keksintö koskee lämmönvaihdinta lämmön siirtämiseksi kahden väliaineen välillä. Lämmönvaihdin käsittää putkimaisen vaipan ja tähän vaippaan sovitetun ripaputken, jonka rivat ovat olennaisesti kohtisuoraan putken pituussuuntaa vastaan. Toinen väliaine kulkee vaipassa ripaputken ulkopuolitse ja toinen väliaine kulkee ripaputkessa. Lämmönvaihdin on etenkin tarkoitettu käytettäväksi höyryn lauhduttimissa, esimerkiksi lämpöpumppujen ja sentapaisten laitteiden yhteydessä, joissa höyry kulkee vaipan läpi ripaputken ulkopuolitse ja jäähdy-tysväliaine kulkee ripaputken läpi.This invention relates to a heat exchanger for transferring heat between two media. The heat exchanger comprises a tubular jacket and a rib tube fitted to this jacket, the ribs of which are substantially perpendicular to the longitudinal direction of the tube. One medium passes in the jacket outside the rib tube and the other medium passes in the rib tube. The heat exchanger is particularly intended for use in steam condensers, for example in connection with heat pumps and the like, in which steam passes through the jacket outside the fin pipe and the cooling medium passes through the fin pipe.

On aikaisemmin tunnettua käyttää ripaputkia lämmönvaihtimissa kahden virtaavan väliaineen välisen lämmönsiirron saamiseksi aikaan. Tällainen tunnettu laite on kuvattu esimerkiksi FR-hakemusjulkaisussa 2 083 547. Tässä julkaisussa esitetään lämmönvaihdin, joka käsittää putkimaisen vaipan ja tähän vaippaan sovitetun ripaputken. Putken rivat ovat olennaisesti kohtisuoraan putken pituussuuntaa vastaan. Vaipan sisäpuolinen poikkileikkauspinta-ala on suurempi kuin ripojen ulkokehän rajoittama pinta-ala. Lauhdutettava höyry kulkee vaipan läpi ripaputken ulkopuolitse ja jäähdytysväliaine höyryn lauh-duttamiseksi kulkee ripaputken läpi. Vaippa on ripaputkella jaettu tiloihin, jotka sijaitsevat ripaputken kummallakin puolella. Ripaputket ovat edullisia suurten lämmönsiirto-pintojensa vuoksi. Vaikkakin näitä tunnettuja lämmönvaihtimia voidaan käyttää höyryn lauhduttamiseksi, niissä on tässä käytössä se epäkohta, että lauhde pyrkii jäämään ripojen pintoihin, mikä vähentää lämmönvaihtimen tehokkuutta ja aiheuttaa hitaamman lauhtumistapahtuman.It is previously known to use rib tubes in heat exchangers to provide heat transfer between two flowing media. Such a known device is described, for example, in FR-A-2 083 547. This publication discloses a heat exchanger comprising a tubular jacket and a rib tube fitted to this jacket. The ribs of the tube are substantially perpendicular to the longitudinal direction of the tube. The cross-sectional area inside the sheath is larger than the area bounded by the outer circumference of the ribs. The steam to be condensed passes through the jacket outside the finned tube and the cooling medium for condensing the steam passes through the finned tube. The jacket is divided by a rib tube into spaces located on either side of the rib tube. Ribbed tubes are preferred due to their large heat transfer surfaces. Although these known heat exchangers can be used to condense steam, they have the disadvantage in this use that the condensate tends to remain on the surfaces of the fins, which reduces the efficiency of the heat exchanger and causes a slower condensation event.

Keksinnön päätarkoituksena on saada aikaan lämmönvaihdin, joka käyttää hyväksi ripaputkien suuria lämmönsiirtopintoja, mutta poistaa tai ainakin vähentää lauhteen pyrkimystä jäädä näihin pintoihin.The main object of the invention is to provide a heat exchanger which utilizes the large heat transfer surfaces of the rib tubes, but eliminates or at least reduces the tendency of the condensate to remain on these surfaces.

2 748062 74806

Keksintö koskee näin ollen lämmönvaihdinta höyryn lauhdut-tamiseksi, käsittäen putkimaisen vaipan ja tähän vaippaan sovitetun ripaputken, jonka rivat ovat olennaisesti kohtisuoraan putken pituussuuntaa vastaan, jolloin vaipan sisäpuolinen poikkileikkauspinta-ala on suurempi kuin ripojen ulkokehän rajoittama pinta-ala, ja jolloin sovitelma on sellainen, että lauhdutettava höyry voi kulkea vaipan läpi ripaputken ulkopuolitse ja jäähdytysväliaine höyryn lauh-duttamiseksi voi kulkea ripaputken läpi, jolloin vaippa on jaettu ripaputkella tiloihin, jotka sijaitsevat ripaputken kummallakin puolella, jolle lämmönvaihtimelle on tunnusomaista, että vaippaan on muodostettu ainoastaan kaksi tilaa, jolloin ensimmäinen tila on sovitettu toisen tilan yläpuolelle, ja jolloin ensimmäisessä tilassa on tuloaukko, jonka läpi höyry voidaan johtaa lämmönvaihtimeen ja toisessa tilassa on poistoaukko, jonka läpi lauhde voidaan poistaa lämmönvaihtimesta.The invention therefore relates to a heat exchanger for condensing steam, comprising a tubular jacket and a rib tube fitted to this jacket, the ribs of which are substantially perpendicular to the longitudinal direction of the tube, the inner cross-sectional area of the jacket being larger than the outer circumferential area of the ribs; that the condensable steam can pass through the jacket outside the finned tube and the cooling medium for condensing the steam can pass through the finned tube, the jacket being divided by a finned tube into spaces on either side of the finned tube, the heat exchanger being characterized by a first space arranged above the second space, and wherein the first space has an inlet through which steam can be led to the heat exchanger and the second space has an outlet through which condensate can be removed from the heat exchanger.

Sen johdosta, että vaippa on jaettu kahteen tilaan, jotka sijaitsevat ripaputken kummallakin puolella, höyry voi kulkea ripaputken ripojen välitse hyvässä kosketuksessa niihin niin, että saadaan hyvä lämmönsiirto vaipassa ripaputken ulkopuolitse kulkevan höyryn ja ripaputkessa kulkevan jäähdytys-väliaineen välillä. Jos putken rivat ovat vaipan kahta vastakkaista seinää vasten, voidaan myöskin saada hyvä lämmönsiirto ripaputken ja vaipan välillä, jolloin vaippa toimii lämmönsiirtopintana, mikä edelleen parantaa lämmönvaihtimen läpi kulkevan kahden väliaineen välistä lämmönvaihtoa. Sijoittamalla ripaputki vinosti vaippaan niin, että vaipan tulo-päässä ensimmäinen tila vie suurimman osan ripaputken ulkopuolella olevasta tilasta ja vaipan poistopäässä toinen tila vie suurimman osan ripaputken ulkopuolella olevasta tilasta, voidaan aikaansaada suhteellisen suuria tulo- ja poistoaukkoja myös vaipan poikittaisdimension ollessa suhteellisen pieni. Täten voidaan vaippaan syöttää suhteellisen suuria määriä höyryä, joten suhteellisen suuria lämpö-määriä voidaan siirtää höyryn ja jäähdytysväliaineen 2 a 74806 välillä. Ripojen välitse virtaava höyry pyrkii poistamaan lauhteen ripojen pinnoista niin, ettei lauhde jää ripoihin estäen uuden lauhteen muodostumista. Tämä vaikutus on erikoisen selvää, jos vaipan ensimmäinen tila, nimittäin tulotila, sijoitetaan toisen tilan, nimittäin poistotilan yläpuolelle. Muodostamalla vaippa pystykierukaksi, jolla on suuri nousu, voidaan saada aikaan, että lauhde kerääntyy kierukan alaosaan, jossa se ympäröi ripaputken niin, että saadaan aikaan lauhteen alijäähdytys.Due to the fact that the jacket is divided into two spaces on either side of the rib tube, steam can pass between the ribs of the rib tube in good contact with them so as to provide good heat transfer between the steam passing outside the rib tube and the cooling medium in the rib tube. If the tube ribs are against two opposite walls of the jacket, good heat transfer between the rib tube and the jacket can also be obtained, whereby the jacket acts as a heat transfer surface, which further improves the heat exchange between the two media passing through the heat exchanger. By placing the rib tube obliquely in the jacket so that the first space at the inlet end of the jacket occupies most of the space outside the rib tube and the second space at the outlet end of the jacket takes up most of the space outside the rib tube, relatively large inlet and outlet openings can be provided even with a relatively small jacket transverse dimension. Thus, relatively large amounts of steam can be fed to the jacket, so that relatively large amounts of heat can be transferred between the steam and the cooling medium 2a 74806. The steam flowing between the fins tends to remove condensate from the surfaces of the fins so that condensate does not remain in the fins, preventing the formation of new condensate. This effect is particularly evident if the first state of the jacket, namely the inlet state, is placed above the second state, namely the discharge state. By forming the jacket into a vertical helix with a high pitch, it is possible to cause the condensate to collect in the lower part of the helix, where it surrounds the fin tube, so as to provide condensate subcooling.

Jäljempänä esitetään kaksi keksinnön mukaisen lämmönvaihtimen sovellutusmuotoa viittaamalla oheisiin piirustuksiin.Two embodiments of the heat exchanger according to the invention are presented below with reference to the accompanying drawings.

Kuva 1 esittää ripaputkea sitä ympäröivine suorine vaip-poineen sivulta katsottuna.Figure 1 shows a side view of a rib tube with a straight jacket pressure surrounding it.

Kuva 2 esittää vaipan poikkileikkausta kuvan 1 viivaa II-II pitkin.Figure 2 shows a cross-section of the jacket along the line II-II in Figure 1.

Kuva 3 esittää kuvien 1 ja 2 mukaista laitetta, jossa vaippa on tehty kierukkamaiseksi.Figure 3 shows the device according to Figures 1 and 2, in which the jacket is made helical.

3 748063 74806

Kuvassa 1 esitetty keksinnön mukainen laite käsittää putkimaisen ulkovaipan 10, jonka poikkileikkausmuoto on olennaisesti soikio, kuten kuvasta 2 näkyy. Vaippaan 10 on sovitettu ripaputki 11. Tämän putken rivat 12 muodostavat rengasmaiset levyt, jotka on sijoitettu olennaisesti kohtisuoraan ripaputken pituussuuntaa vastaan. Tämän tyyppisten putkien rivat muodostetaan tavallisesti valssaamalla ja mankeloimalla paksuseinäisiä putkia niin, että rivat muodostavat putken kiinteän osan. Rivat voivat myös vaihtoehtoisesti kulkea kie-rukkamaisesti pitkin putken koko pituutta. Ripaputki 11 on sovitettu olemaan rivoillaan 12 vaipan 10 kahta vastakkaista seinää vasten, kuten kuvasta 2 näkyy. Tämän kosketuksen ansiosta saadaan aikaan hyvä lämmönjohtoyhteys ripaputken 11 ja vaipan 10 välille niin, että myös vaipan sisäpinta muodostaa lämmönsiirtopinnan lämmönvaihtoa varten vaipan ja ripaputken läpi kulkevan kahden väliaineen välillä. Ripaputki 11 jakaa tällöin vaipan, jolla on suurempi poikkileikkauspinta-ala kuin ripaputkella, kahteen tilaan 13, 14, joista kumpikin ulottuu vaipan toisesta päästä vaipan vastakkaiseen päähän ja jotka sijaitsevat ripaputken vastakkaisilla puolilla niin, että toiseen tilaan 13 tulevan väliaineen täytyy kulkea putken ripojen 12 välitse päästäkseen toiseen tilaan 14. Kuvissa 1 ja 2 esitetyssä sovellutusmuodossa vaippa 10 on suora putki, johon on sovitettu samoin suora ripaputki 11. Ripaputki 11 on sijoitettu vinosti vaippaan siten, että suuremman osan ripaputken ulkopuolella olevaa tilaa muodostaa vaipan tulopääs-sä tila 13 ja vaipan poistopäässä toinen tila 14. Tämän johdosta voidaan kaksi tilaa helpommin varustaa tulojohdolla 15 vastaavasti poistojohdolla 16, jolloin nämä johdot helposti voidaan tehdä suhteellisen paksuiksi myös vaipan poikkileikkaus-dimensioiden ollessa pieniä. Myös ripaputki 11 on varustettu tulojohdolla 17 ja poistojohdolla 18 ripaputken läpi kulkevaa väliainetta varten, jolloin kuitenkin tulojohto ja poistojoh-to on sijoitettu päinvastoin kuin vaipan vastaavat johdot niin, että molemmat väliaineet tulevat virtaamaan vastavirrassa laitteen läpi. Väliaineiden virtaussuunnat on kuvassa 1 esitetty nuolin.The device according to the invention shown in Figure 1 comprises a tubular outer sheath 10, the cross-sectional shape of which is substantially oval, as shown in Figure 2. A rib tube 11 is arranged in the jacket 10. The ribs 12 of this tube form annular plates which are arranged substantially perpendicular to the longitudinal direction of the rib tube. The ribs of this type of pipe are usually formed by rolling and mangling thick-walled pipes so that the ribs form an integral part of the pipe. The ribs may also alternatively run helically along the entire length of the tube. The rib tube 11 is adapted to be ribbed 12 against the two opposite walls of the sheath 10, as shown in Figure 2. This contact provides a good thermal conduction connection between the rib tube 11 and the jacket 10, so that the inner surface of the jacket also forms a heat transfer surface for heat exchange between the jacket and the two media passing through the rib tube. The rib tube 11 then divides the jacket having a larger cross-sectional area than the rib tube into two spaces 13, 14, each extending from one end of the jacket to the opposite end of the jacket and located on opposite sides of the rib tube so that the medium entering the second space 13 must pass between the tube ribs 12 to enter the second space 14. In the embodiment shown in Figures 1 and 2, the jacket 10 is a straight tube in which a straight rib tube 11 is likewise fitted. The rib tube 11 is arranged obliquely in the jacket so that most of the space outside the rib tube is formed at the jacket inlet end the second space 14. As a result, the two spaces can be more easily provided with an inlet line 15 and an outlet line 16, respectively, so that these lines can easily be made relatively thick even when the cross-sectional dimensions of the sheath are small. The rib tube 11 is also provided with an inlet line 17 and an outlet line 18 for the medium passing through the rib tube, however, the inlet line and the outlet line are arranged opposite the respective lines of the jacket so that both media flow countercurrently through the device. The flow directions of the media are shown by the arrows in Figure 1.

4 748064 74806

Keksinnön mukaista lämmönvaihdinta voidaan käyttää höyryn lauh-duttamiseen ja se muotoillaan tällöin edullisesti niin, että vaippa muodostaa pystykierukan, jolla on suuri nousu. Laitteen tällainen sovellutusmuoto on esitetty kuvassa 3, jossa on käytetty samoja viitemerkkejä kuin kuvan 1 mukaisista vastaavista osista. Myös tässä sovellutusmuodossa ripaputki 11 on sovitettu vinosti vaippaan 10 niin, että ripaputken liitäntä johto 17 sijaitsee vaipan poistopäässä vaipan yläosassa ja liitäntäjohto 18 vaipan poistopäässä sijaitsee vaipan alaosassa. Täten vaipan ensimmäinen tila 13 tulee sijaitsemaan toisen tilan 14 yläpuolella, mikä on erikoisen sopivaa lauhtumisen yhteydessä, sillä vaipan läpi kulkeva höyry myötävaikuttaa tällöin tehokkaasti lauhteen poisvalumiseen ripojen pinnoilta, koska höyry virtaa ripojen välitse olennaisesti samassa suunnassa kuin lauhteen valumissuunta, nimittäin alaspäin.The heat exchanger according to the invention can be used for condensing steam and is then preferably shaped so that the jacket forms a vertical helix with a high pitch. Such an embodiment of the device is shown in Figure 3, in which the same reference numerals are used as for the corresponding parts according to Figure 1. Also in this embodiment, the rib tube 11 is arranged obliquely in the jacket 10 so that the rib tube connection wire 17 is located at the jacket outlet at the top of the jacket and the connection wire 18 at the jacket outlet is located at the bottom of the jacket. Thus, the first space 13 of the jacket will be located above the second space 14, which is particularly suitable for condensing, as the steam passing through the jacket then effectively contributes to condensate drainage from the fin surfaces, as steam flows between the fins in substantially the same direction as condensate.

Koska vaippa 10 on muodostettu pystykierukaksi, jolla on suuri nousu, lauhde kerääntyy kierukan alaosaan, jolloin jo suhteellisen pieni lauhdemäärä riittää, jotta ripaputki on kokonaan lauhteen ympäröimänä. Täten lauhde voidaan alijäähdyttää, eli sen lämpötila voidaan alentaa sitä lämpötilaa alhaisemmaksi, jossa lauhtuminen tapahtuu, koska lisäjäähdytys saadaan aikaan ripaputkessa olevalla väliaineella. Kierukan alapäähän on sovitettu poistojohto 19 lauhteen poislaskemiseksi.Since the jacket 10 is formed as a vertical helix with a large pitch, condensate accumulates in the lower part of the helix, whereby even a relatively small amount of condensate is sufficient for the rib tube to be completely surrounded by the condensate. Thus, the condensate can be subcooled, i.e. its temperature can be lowered below the temperature at which the condensation takes place, because additional cooling is provided by the medium in the fin tube. An outlet line 19 is arranged at the lower end of the coil to drain the condensate.

Vaikkakin on esitetty ja selostettu vain kaksi keksinnön mukaisen laitteen sovellutusmuotoa, on ilmeistä, että monta eri sovellutusmuotoa ja muunnelmaa on mahdollisia keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Vaipalla ei tarvitse olla soikeata tai pitkänomaista poikkileikkausta, vaan poikkileikkaus voi olla myös pyöreä, jolloin kuitenkin on sovitettava tiiviste-elimet ripaputken ja vaipan seinien väliin niin, että vaippaan muodostuu kaksi erillistä tilaa, jotka ovat yhteydessä toistensa kanssa ainoastaan putken ripojen välitilojen kautta. Tällaisia tiiviste-elimiä voidaan mahdollisesti käyttää myös kun vaipan poikkileikkaus on soikea tai pitkänomainen. Ripa-putken ei tarvitse kulkea vinosti vaipan läpi, vaan se voi 5 74806 vaihtoehtoisesti kulkea pitkin vaipan keskiakselia, jolloin vaippa kuitenkin on suljettava päistään erikoisilla seinillä. Piirustuksessa esitetyissä sovellutusmuodoissa vaipan sulkeminen päistään voidaan saada aikaan muuttamalla vaipan muotoa asettumaan tulo- ja poistojohtoja vasten, jolloin täydellinen tiivistäminen voidaan saada aikaan esimerkiksi juottamalla. Vaipan ollessa kierukan muotoinen vaipan pitkänomaisen poikkileikkauksen suurakseli voi edullisesti olla yhdensuuntainen lieriömäisen kierukan akselin kanssa, koska tällöin on helpompaa muodostaa kierukka pienellä läpimitalla. Tärkeätä on kuitenkin, että vaipan alemmalla seinäpinnalla on muoto, joka ainakin jonkin verran poikkeaa ripojen muodosta, niin että lauhdetta voi valua vaipassa pitkin sen koko pituutta.Although only two embodiments of the device according to the invention have been shown and described, it is obvious that many different embodiments and variations are possible within the scope of the inventive idea. The sheath need not have an oval or elongate cross-section, but the cross-section may also be circular, however, sealing members must be fitted between the rib tube and the sheath walls so that the sheath forms two separate spaces communicating with each other only through the tube rib spacing. Such sealing members can possibly also be used when the cross-section of the jacket is oval or elongate. The rib tube does not have to pass diagonally through the jacket, but can alternatively pass along the central axis of the jacket, in which case, however, the jacket must be closed at its ends by special walls. In the embodiments shown in the drawing, the closure of the jacket at its ends can be achieved by changing the shape of the jacket to fit against the inlet and outlet lines, whereby complete sealing can be achieved, for example, by soldering. When the sheath is helically shaped, the major axis of the elongate cross-section of the sheath may preferably be parallel to the axis of the cylindrical helix, because then it is easier to form the helix with a small diameter. It is important, however, that the lower wall surface of the jacket has a shape that differs at least somewhat from the shape of the ribs so that condensate can drain into the jacket along its entire length.

Claims

74806

A heat exchanger for condensing steam, comprising a tubular jacket (10) and a rib tube (11) fitted to the jacket, the ribs (12) of which are substantially perpendicular to the longitudinal direction of the tube, the inner cross-sectional area of the jacket being larger than the outer periphery of the ribs (12). and the arrangement is such that the condensable steam can pass through the jacket outside the rib tube and the cooling medium for condensing steam can pass through the rib tube, the jacket (10) being divided by the rib tube (11) into spaces on either side of the rib tube (11); that only two spaces (13, 14) are formed in the jacket (10), the first space (13) being arranged above the second space (14), and wherein the first space has an inlet through which steam can be led to the heat exchanger and the second space has an outlet , through which the condensate can be removed from the heat exchanger.

Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the jacket (10) has an elongate cross-sectional area and that the ribs (12) of the tube (11) are against two opposite walls of the jacket.

Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that said inlet opening (15) is at one end of the jacket (10) and said outlet opening (16) is at its opposite end, the rib tube (11) being located at the inlet end of the jacket (10) and at the jacket outlet end to the top of the jacket such that at the jacket inlet end, the first space (13) occupies most of the space outside the rib tube and at the jacket outlet end, the second space (14) occupies most of the space outside the rib tube.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the jacket (10) is formed as an upright spiral with a large pitch. 7 74806

Heat exchanger according to Claim 4, characterized in that the major axis of the cross-sectional area of the jacket (10) is substantially parallel to the axis of the cylindrical helix.

Heat exchanger according to Claim 4 or 5, characterized in that the inlet opening (15) is arranged in the upper part of the coil and in the lower part of the coil there is an inlet opening (17) for conducting cooling medium to a fin pipe (11) in which the condensate drain members (19) are arranged.

Heat exchanger according to Claim 6, characterized in that the lower wall of the jacket (10) and the ribs (12) have a shape such that condensate can flow in the jacket along its entire length.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that each space (13, 14) extends from one end of the jacket (10) to its opposite end. 74806 8